郭小帥, 石守亮, 何建鋒, 于新政, 黃智國

(黃河勘測規(guī)劃設(shè)計研究院有限公司,河南 鄭州 450003)

鄭州機許線雙鶴湖北站位于鄭州航空港區(qū)工業(yè)五路與雍州路交叉路口,沿雍州路南北向敷設(shè),車站總建筑面積為12 670.92 m2,主體結(jié)構(gòu)外包長度為211 m,為地下兩層島式車站,采用明挖法施工。車站主體標準段基坑深度約16.56 m,基坑寬19.7 m;小里程端頭井基坑深度約18.26 m,基坑寬24.9 m。車站頂板覆土約3 m,底板埋深約16.56 m,本車站為地下兩層雙跨局部三跨矩形框架式結(jié)構(gòu),基坑采用φ1000@1300圍護樁+三道內(nèi)支撐的支護型式,標準段第一道和第三道支撐均采用φ609、t=16 mm的鋼支撐,第二道支撐采用φ800、t=16 mm的鋼支撐;小里程端第一道支撐采用φ609,第二、三道支撐采用φ800、t=16 mm鋼支撐;大里程端第一、二道支撐及第三道換撐采用φ609,第三道支撐采用φ800、t=16 mm的鋼支撐。

1 工程地質(zhì)條件

雙鶴湖北站屬條形壟崗?fù)莸氐孛矄卧?圖1),場地主要為新修道路和綠地,兩側(cè)為市政綠化帶和農(nóng)田,地勢較平坦,總體呈西高東低趨勢,地面高程109.33～112.64 m,相對高差約3.0 m[1]。

第①1層雜填土:主要成分為瀝青路面及路基灰土墊層,厚0.50～2.20 m,平均厚度1.24 m;層底埋深0.50～2.20 m,平均埋深1.24 m。

圖1 雙鶴湖北站平面位置示意圖Fig.1 Schematic map of the plane position ofnorth station of Shuanghe Lake

第②32C層粉砂:黃褐色,潮濕,中密為主,層厚1.10～5.00 m,平均厚度3.32 m;層底埋深2.60～7.00 m,平均埋深4.44 m。

第②33層粘質(zhì)粉土:灰黃色,稍濕,稍密—中密,層厚2.30～7.40 m,平均厚度4.54 m;層底埋深5.80～8.80 m,平均埋深7.48 m。

第②33B層粉質(zhì)粘土:褐黃色,可塑—硬塑,層厚0.50～1.50 m,平均厚度1.00 m;層底埋深6.50～8.00 m,平均埋深7.33 m。

第②41層粉砂:灰黑—灰黃色,飽和,中密為主,層厚1.50～7.20 m,平均厚度3.98 m;層底埋深10.00～15.00 m,平均埋深12.80 m。

第②41A層粘質(zhì)粉土:灰黑色,濕,中密為主,層厚0.90～4.10 m,平均厚度2.60 m;層底埋深8.40～14.50 m,平均埋深11.13 m。

第③21A層粘質(zhì)粉土:黃褐色,濕,中密—密實,層厚1.00～3.50 m,平均厚度1.62 m;層底埋深11.80～18.50 m,平均埋深14.98 m。

第③21層粉質(zhì)粘土:紅褐色,硬塑—堅硬,層厚6.00～13.50 m,平均厚度9.33 m;層底埋深21.60～25.20 m,平均埋深23.54 m。

第③22層粉質(zhì)粘土:黃褐色為主,硬塑—堅硬,層厚6.30～9.90 m,平均厚度7.92 m;層底埋深28.00～35.00 m,平均埋深31.46 m。

第③23層粉質(zhì)粘土:黃褐色、紅褐色,硬塑—堅硬,層厚4.00～11.60 m,平均厚度8.06 m;層底埋深36.00～42.10 m,平均埋深39.52 m。

雙鶴湖北站典型工程地質(zhì)剖面如圖2。

圖2 雙鶴湖北站典型工程地質(zhì)剖面圖Fig.2 Typical engineering geological profile of north station of Shuanghe Lake

2 水文地質(zhì)條件

根據(jù)現(xiàn)場鉆探,雙鶴湖北站地下水類型主要為第四系松散堆積物孔隙水。地下水埋深6.10～9.10 m,水位標高102.33～103.55 m,主要賦存于②33層粘質(zhì)粉土、②41層粉砂和③21A層粘質(zhì)粉土中,為孔隙潛水,屬弱—中透水層。下部③21層粉質(zhì)粘土為相對隔水層。

雙鶴湖北站穩(wěn)定地下水埋深和標高統(tǒng)計見表1,地層滲透系數(shù)建議值見表2。

表1 雙鶴湖北站地下水情況統(tǒng)計表Table 1 Statistical table of groundwater situation of north station of Shuanghe Lake

表2 雙鶴湖北站滲透系數(shù)建議值表Table 2 Suggested permeability coefficient table of north station of Shuanghe Lake

3 降水井布置方案

3.1 降水目的

(1) 將基坑水位控制在基坑底板以下1.0 m,降低坑內(nèi)土體含水量,方便挖掘機和工人在坑內(nèi)施工作業(yè),有利于坑內(nèi)土體的邊坡穩(wěn)定,防止坑內(nèi)土體滑坡。

(2) 防止基坑底部發(fā)生突涌,確保施工時基坑底板的穩(wěn)定性。

(3) 通過科學(xué)的降水控制,盡量減少由于降水引起的地表沉降,減小因基坑降水對于周邊環(huán)境的影響。

3.2 基坑降水總體思路

雙鶴湖北站地下水位位于地表下6.10～9.10 m左右,水位標高102.33～103.55 m,主要賦存于②33層粘質(zhì)粉土和②41層粉砂中,下部③21層粉質(zhì)粘土為相對隔水層。基坑兩端的底板標高為90.194 m(北端頭)、91.704 m(南端頭),需將水位降到標高為89.194 m;基坑中間段的底板標高約為92.804 m,需將潛水含水層的水位降到標高為91.804 m。

為了保證基坑土體疏干、坑底土體穩(wěn)定性、不產(chǎn)生突涌等滲透問題,結(jié)合本工程的實際情況,本次降水采取疏干降水方案,具體降水措施有以下幾點:

(1) 對潛水含水層進行疏干處理,即降水井在土層段設(shè)計全段進水,將水全部排出,將潛水含水層作為疏干目的層進行疏干降水;

(2) 為減少降水對坑外環(huán)境的影響,降水運行控制期間,嚴格執(zhí)行“按需降水、動態(tài)調(diào)整”的降水原則,盡量減小坑外水位下降對環(huán)境的影響。

3.3 基坑降水方案

根據(jù)平面布置圖,雙鶴湖北站主體基坑長約210 m、寬約20 m,基坑開挖時周邊沒有進行止水處理,為簡化計算,采用均質(zhì)含水層潛水完整井(③21層粉質(zhì)粘土為相對隔水層)的計算公式;降水井主要布置于基坑外側(cè),并在基坑內(nèi)布置少量降水井用于疏干坑內(nèi)水體。根據(jù)場區(qū)水文地質(zhì)條件、現(xiàn)場抽水試驗成果資料及地區(qū)性經(jīng)驗,選擇《建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程》(JGJ120—2012)附錄E中E.0.1條均質(zhì)含水層潛水完整井公式估算基坑涌水量[2]:

擬建雙鶴湖北站主體基坑基底標高92.804～90.194 m,潛水含水層③21A粘質(zhì)粉土層底平均埋深14.98 m,若坑外降水井降至③21A粘質(zhì)粉土層底,降水后水位標高約為95.0 m;下部③21層粉質(zhì)粘土為相對隔水層,現(xiàn)場該層新鮮開挖面為硬塑狀,假定該層不含地下水,坑外降水后沿樁間土滲入坑內(nèi)的少量水體采用集水明排的方式疏干。地下水穩(wěn)定水位標高取103.06 m,則sd=8.06 m。含水層綜合滲透系數(shù)取k=6 m/d,則影響半徑R為112 m,L=210 m,B=20 m,r0=36.57 m(表3)。

表3 基坑涌水量計算成果表Table 3 Table of calculation results of water inflow in foundation pit

單井出水能力:降水井濾管直徑為0.325 m,過濾器進水部分長度考慮主要位于下部隔水層③21層粉質(zhì)粘土的實際情況,根據(jù)經(jīng)驗取l=0.75 m。

保證每個降水井出水量不至于過大,造成降水、封井困難,同時確保降水效果,實際在坑外設(shè)置12口降水井。

降水井大面積施工前先進行抽水試驗,單井的抽水量、井的布置及井的深度必要時根據(jù)抽水試驗情況進行調(diào)整。

4 基坑降水效果檢測

降水井施工完后,進行抽水試驗驗證降水方案的可實施性。本工程選取1#井進行單井試驗,1#、2#、3#進行群井試驗。每隔半小時記錄一次井內(nèi)的水位變化情況,單井試驗中抽水12小時后井內(nèi)水位達到穩(wěn)定,水位降至潛水含水層③21層粉質(zhì)粘土以下。

待1#降水井水位恢復(fù)到初始水位后,進行群井抽水試驗,同樣每隔半小時記錄一次井內(nèi)的水位變化情況。群井試驗中抽水5小時后井內(nèi)水位達到穩(wěn)定,水位亦降至潛水含水層③21層粉質(zhì)粘土以下。

通過抽水試驗結(jié)果,單井和群井抽水時觀測井內(nèi)水位下降較快,可以將地下水較好地疏干,達到降水目的。

5 降水方案與三軸攪拌樁止水方案的對比

三軸攪拌樁止水方案是通過在圍護樁外側(cè)施工攪拌樁而形成連續(xù)止水體,用來阻止或減少基坑側(cè)壁及基坑底地下水流入基坑內(nèi),然后配合坑內(nèi)降水井進行降水處理。

5.1 工期對比

由于三軸攪拌樁止水方案需要進行攪拌樁施工(攪拌樁施工工期約1.5個月),完成后再進行坑內(nèi)降水;而降水方案直接進行坑內(nèi)降水,比攪拌樁施工方案節(jié)約工期約1.5個月。

5.2 經(jīng)濟效益對比

在止水方案中,三軸攪拌樁僅是止水措施,還需要在基坑內(nèi)打設(shè)少量降水井將基坑內(nèi)的水排掉。相對于敞開式降水方案而言,工程成本增加200萬元左右。對比兩種方案的經(jīng)濟效益,降水方案投資更小,經(jīng)濟效益更優(yōu)。

5.3 環(huán)境影響對比

不采取止水帷幕而直接群井降水對環(huán)境影響較大,引起地面不均勻沉降。但該基坑周邊環(huán)境較簡單,產(chǎn)生的沉降值在規(guī)定允許的范圍內(nèi),可采用開放式降水方案。

6 結(jié)語

本文通過對雙鶴湖北站基坑降水與止水方案的對比分析,得出如下結(jié)論:

(1) 雙鶴湖北站的地質(zhì)條件和周邊環(huán)境條件采用基坑降水方案能較好地滿足工程要求;

(2) 采用基坑降水方案較止水方案更節(jié)省工期;

(3) 采用基坑降水方案較止水方案能節(jié)約工程投資,經(jīng)濟效益更優(yōu)。